Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania, 35-225 Rzeszów, PL Katedra Systemów Ekspertowych i Sztucznej Inteligencji, Wydział Informatyki Stosowanej O szczególnych.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania, 35-225 Rzeszów, PL Katedra Systemów Ekspertowych i Sztucznej Inteligencji, Wydział Informatyki Stosowanej O szczególnych."— Zapis prezentacji:

1 Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania, Rzeszów, PL Katedra Systemów Ekspertowych i Sztucznej Inteligencji, Wydział Informatyki Stosowanej O szczególnych problemach budowy oraz eksploracji baz danych w projektowaniu leków Zdzisław S. Hippe

2 Wykład poświęcony jest jednemu z największych osiągnięć współczesnej nauki, mianowicie macierzowemu modelowi chemii konstytucyjnej oraz jego zastosowaniu w badaniach nad projektowaniem nowych leków. Twórcą koncepcji wspomnianego modelu jest prof. Ivar K. Ugi, zaś pod- stawy matematyczne modelu opracował prof. James Dugundji.

3 Konstruowanie systemu klasyfikującego … Przykłady uczące Klasyfikator (model uczenia) System uczący się Nowe obiekty Decyzja klasyfikacyjna Model uczenia (klasyfikator) Uczenie się klasyfikatora na podstawie zbioru uczącego Klasyfikowanie nowych (niewidzianych) obiektów Eksploracja danych, ilustrowana własnymi systemami informatycznymi: AffinitySEEKER, PlaneSEEKER, RuleSEEKER, BeliefSEEER, TreeSEEKER.

4 Typowy cykl badań nad projektowaniem leków 1. Wykrycie (zazwyczaj przypadkowe) interesującej aktywności chemotera- peutycznej pewnego naturalnego materiału biologicznego. 2. Zastosowanie metod chromatograficznych w celu wyizolowania substancji czynnej oraz odrzucenia substancji balastujących. 3. Identyfikacja budowy strukturalnej substancji czynnej, głównie przez zas- tosowanie zaawansowanych metod analizy spektralnej. 4. Badania literaturowe i patentowe – wyszukiwanie informacji o: a) właściwościach związków homologicznych, właściwościach substancji pokrewnych, zastrzeżeniach patentowych, oraz b) znanych reakcjach otrzymywania substancji czynnej. 5. Projektowanie syntezy związku czynnego lub/oraz syntezy analogów. 6. Badania kliniczne. Synteza laboratoryjna, 1 / 4 -techniczna, ½-techniczna. Wykorzystanie metody Deminga etapowej optymalizacji jakości.

5 1. Wykrycie interesującej aktywności chemoterapeutycznej … (badania przesiewowe z zastosowaniem programów komputerowych) 4. Badania literaturowe/patentowe … (wyszukiwanie homologów oraz analogów, związków pokrewnych) 3. Zastosowanie zaawansowanych metod analizy … (Dendral, Polski Dendral - MDS/ScanKEE, Bio-Rad HaveItAll IR) 2. Zastosowanie metod chromatograficznych … (chromatografia kolumnowa, gazowa, bibułowa, cienkowarstwowa)

6 MDS/ScanKEE (1)

7 MDS/ScanKEE (2)

8 MDS/ScanKEE (3)

9 MDS/ScanKEE (4)

10 MDS/ScanKEE (5)

11 MDS/ScanKEE (6)

12 MDS/ScanKEE (7)

13 MDS/ScanKEE (8)

14 MDS/ScanKEE (9)

15 MDS/ScanKEE (10)

16 MDS/ScanKEE (11)

17 MDS/ScanKEE (12)

18 1) Mnogość analizowanych obiektów (ponad 12 milionów znanych związków chemicznych), 2) Rozmiary przestrzeni rozwiązań (diagnoza med. ~10 40, szachy ~10 80, synteza chemiczna ~ ), 3) Poziom komplikacji przetwarzania cyfry i liczby, zwykły tekst (jednowymiarowy, jednokierunkowy), wzory struktur chemicznych (trójwymiarowe, wielokierunkowe). Przyczyny ogromnych trudności z gromadzeniem oraz wyszukiwaniem informacji o reakcjach chemicznych, i z projektowaniem syntez

19 Adamantan Kuban 7 pierścieni: 4 6 cio -czł., 3 8 mio -czł. 28 pierścieni: 6 4 ro -czł., 16 6 cio -czł., 6 8 mio -czł. Ile pierścieni (i jakich?) mają cząsteczki adamantanu oraz kubanu?

20 Przykłady związków homologicznych oraz izomerów

21 Wspólny projekt instytutów informacji naukowej i technicznej New York American Chemical Society Karlsruhe Fachinformationszentrum Tokio Japan Science and Technology Agency (STA)

22 4. Bazy danych o reakcjach chemicznych ORAC [Organic Reactions Accessed by Computer] (~ reakcji, ~ streszczeń), REACCS[REaction ACCess System] (~ reakcji, ~ streszczeń), SYNLIB[SYNthesis LIBrary] (~ reakcji), [1] https://www.reaxys.com/info/, [2] [3] [4] InfoChem ChemReact41 ( typów reakcji, struktur, odnośników literaturowych), CD-React (3.9 milionów reakcji, 7.1 milionów struktur, odnośników literaturowych).

23 Więcej o systemie informacyjnym InfoChem © indeksowanie zorientowane tekstowo, przeszukiwanie podstruktur, mapowanie atom-atom. Podstawowe oprogramowanie oraz bazy informacyjne Tworzenie zapytań strukturalnych ISIS Draw, MDL Information Systems Inc., STN, STN Express, STN International, American Chemical Society. Narzędzia + bazy informacyjne PC-Search ChemReact41 CD-React STS Zentrale Informationsvearbeitung Chemie, Berlin VINITI, Moskwa

24 System Instytutu Informacyjnego Beilsteina (Frankfurt a. Main) CrossFire, AutoNom, w sieci) ponad 10 milionów związków (zw. heterocykliczne, izocyliczne, acykli- czne, biomolekuły, polimery, mieszaniny); nierejestrowane: związki metaloorganiczne), prawie 8 milionów reakcji chemicznych, aktualizacja co 4 miesiące, referowanych 180 czasopism (dobrze zdefiniowana, zmienna lista), streszczeń prac naukowych (od r do chwili obecnej), niemiecka oraz angielska wersja językowa. Główne moduły systemu InfoChem

25 5. Projektowanie syntezy związku czynnego lub/oraz analogów E.J. Corey (Harvard U.), LHASA (wiedza istniejąca, niepewna) I.K. Ugi (TUM, USC) ASSOR, CICLOPS, EROS, IGOR, RAIN (wiedza nowa (nieznana), wymaga sprawdzenia) Z.S. Hippe (PRz/WSIZ, TUM, LU) SCANMAT, SCANCHEM, CSB (wiedza nowa (nieznana), wymaga sprawdzenia)

26 Reakcje chemiczne generowane przez systemy projektowania syntez 1. reakcje, których nawet powierzchowna ocena wskazuje na pełną możliwość ich realizacji w laboratorium, 2. reakcje, które wykazują wysoki stopień pomysłowości, i prowa- dzą do interesujących wniosków na temat podatności rozpatry- wanego związku do ulegania określonym przemianom chemicz- nym. Często mogą to być przemiany nie brane w ogóle pod roz- wagę, wymagające starannego sprawdzenia i oceny, z sięgnię- ciem do oryginalnych danych literaturowych, 3. reakcje, które wydają się nierealne albo zbyt skomplikowane do urzeczywistnienia w aktualnym stanie wiedzy.

27 Drzewo syntez wg E.J. Coreya LHASA (Logic and Heuristics Applied to Synthetic Analysis) Substrat (d ) Półprodukt_1Półprodukt_2 Cząsteczka docelowa, TM Podcel S 1,2 Podcel S 2,2,3 Substrat d

28

29 Macierzowa reprezentacja struktur chemicznych (1)

30 Macierzowa reprezentacja struktur chemicznych (2)

31 Model macierzowy Dugundji-Ugiego chemii konstytucyjnej(1) Generator reakcji 2 – 2 A – C + B – D A – B + C – D 51% A – D + B – C Twórca modelu opisał 38 typów generatorów reakcji 1) organicznych. J.C.J. Bart, E. Garagnani 2) wykazali, że prawie wszystkie poznane re- akcje chemiczne można opisać za pomocą 42 typów macierzy reakcji, przy czym dwie z nich obejmują swoim zasięgiem aż 70 % przemian stosowanych w praktyce laboratoryjnej: A – B + C – D + E – F A – C + D – E + B – F 20% A – B + C: A – C – B 7% 1) Top. Curr. Chem. 1973(39)19 2) Z. Naturforsch. 1976(31B)1642, 1977(32B)455, 1977(32B)465, 1977(32B)678.

32 Model macierzowy Dugundji-Ugiego chemii konstytucyjnej(2) O 1 C 2 H 3 H 4 H 5 Br 6 O C H H H Br (B) O C H H H Br (E) Br 6 H 3 – C 2 – O 1 – H 5 H 3 – C 2 = O 1 + H 5 – Br 6 H 4 H 4 B + R = E

33 Model macierzowy Dugundji-Ugiego chemii konstytucyjnej(3) E - B = R O C H H H Br O 4 2 C H 1 Br 1 6 (E) O C H H H Br O C H 1 Br 1 6 (B) O C H H H Br O 1 -1 C 1 -1 H H -1 1 Br -1 1 (R) Br 6 H 3 – C 2 – O 1 – H 5 H 3 – C 2 = O 1 + H 5 – Br 6 H 4 H 4 =

34 Model macierzowy Dugundji-Ugiego chemii konstytucyjnej(4) Model macierzowy chemii konstytucyjnej, jako szersza idea, może być źródłem wiedzy w procesie komputerowego modelowania (symulacji) reakcji organicznych. W tej sytuacji, punktem wyjścia jest macierz B, opisująca strukturę analizowanej cząsteczki chemicznej (lub struktury cząsteczek badanego układu chemicznego, tzn. zespołu substratów, dla którego chcemy uzyskać prognozę dopuszczalnych reakcji). Transformując tę macierz za pomocą różnych macierzy reakcji (doda- jąc do niej różne macierze reakcji), można uzyskać zbiór (zw. rodziną) macierzy E E E 1, E 2, E 3, … E n reprezentujący teoretycznie wszystkie przemiany chemiczne, którym może podlegać badany układ.

35 Akceptacja pewnych specyficznych cech modelu Rozwój macierzowego modelu chemii konstytucyjnej(1) I – J I J + K – L K L > C = C C – C < + addycja H – Br H Br > CH – Br > CH Br + substytucja HO – H HO H

36 Opracowanie i implementacja 8 nowych macierzy reakcji opisujących przemiany chemiczne wykraczające poza chemię zamkniętopowłokową, przebiegające z udziałem wolnych rodników, jonów oraz par elektrono- wych, Rozwój macierzowego modelu chemii konstytucyjnej(2) Nałożenie formalizmu zdrowego rozsądku, z cechami rozmycia grafów i podgrafów molekularnych, A 6 w 1 C 4 … C 3 – C 1 – O 2 – H 5 A 7 H H C S C = C – C – O – H C – C – C – O – H C C – C – O – H C C – C – O – H..., C H N C

37 Rozwój macierzowego modelu chemii konstytucyjnej(3) Nałożenie formalizmu zdrowego rozsądku, z cechami semi-rozmycia grafów i podgrafów molekularnych, A 6 w 1 C 4 … C 3 – C 1 – O 2 – H 5 A 7 Przykładowe warunki ograniczające: w 1 =,, aromatyczne A 6, A 7 C, H H H C C C = C – C – O – H C C – C – O – H C C – C – O – H C = C – C – O – H..., C H C C

38 Rozwój macierzowego modelu chemii konstytucyjnej(4) Utworzenie wektora podstruktury, zbioru wektorów konfiguracji, wektora dozwolonych/zakazanych cech, listy sąsiedztwa, oraz wektora reaktywności. Operacje te nadały macierzowemu modelowi chemii konstytucyjnej nową jakość:

39 Globalne i lokalne parametry sterowania systemem CSB(1)

40 Globalne i lokalne parametry sterowania systemem CSB(2) Maszyna wnioskująca Wskazanie miejsc reakcji Generatory reakcjiTyp uczenia maszynowego ścisłe dopasowanie realizuje system CSB niezmiennewkuwanie podobieństwo strukturalne realizuje system CSB niezmienneuczenie na przykładach zdrowy rozsądekrealizuje system CSB dowolneuczenie nadzorowane Dugundji-Ugimanualnedowolnebrak procesu uczenia

41

42 6. Projektowanie syntezy związku czynnego Metoda Deminga, w Polsce prof. J. Koronacki

43 Jan Heweliusz, portret pędzla Daniela Schultza Maria Skłodowska-Curie Dzi ę kuj ę za uwag ę... Thanks a lot for your attention …

44


Pobierz ppt "Wyższa Szkoła Informatyki i Zarządzania, 35-225 Rzeszów, PL Katedra Systemów Ekspertowych i Sztucznej Inteligencji, Wydział Informatyki Stosowanej O szczególnych."

Podobne prezentacje


Reklamy Google